способ получения водорода

Формула изобретения

Способ получения водорода в реакторе с электродами, отличающийся тем, что в реактор между электродами периодически подают воду и алюминиевый порошок, образуя алюмоводную суспензию, и обеспечивают контакт алюмоводной суспензии с электродами, затем периодически подают на электроды переменный ток высокой частоты напряжением 3 кВ, ток проходит по слою металлического порошка, образуя в точках неполного касания искровой высокочастотный разряд, диспергируют порошок, образуя наночастицы алюминия, которые, взаимодействуя с водой, образуют окислы алюминия и газообразный водород.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам получения газообразного водорода.

Известен способ получения водорода, включающий взаимодействие водяного пара с элементарным железом и/или с его низшим окислом в кипящем слое при 500-650°С, давлении 0,1-0,4 МПа, регенерацию образующихся окислов железа, контактированием их с твердым углеродосодержащим материалом при 800-1100°C с получением газов регенерации и восстановленных окислов железа и возврат последних на стадию взаимодействия, газы регенерации возвращают на стадию регенерации, а окислы железа на стадии регенерации используют с размером частиц 50·10^-6-140·10^-6 м [патент РФ № 1125186, МПК С01В 3/10 опубл. 23.11.1984 г. БИ № 43 «Способ получения водорода», авторы Лебедев В.В. и др.].

Недостатком способа является сложность процесса, низкая производительность и большие энергозатраты.

Известен способ получения водорода путем конверсии в реакторе водяного пара в среде раскаленного железа до окислов железа и газообразного водорода, в котором используют реактор, состоящий из рубашки охлаждения и высоковольтного разрядника с двумя электродами, один из которых изготовлен из технического железа, в баке кипятят дистиллированную воду, образуя насыщенный пар, его подают в рубашку охлаждения реактора, образуя перегретый пар, на высоковольтный разрядник подают переменный ток напряжением 3,6 кВ, одновременно через форсунку в разрядный промежуток вводят перегретый пар, а образовавшиеся окислы железа при помощи вибрации сбрасывают в сборную емкость; влажный водород выпускают из реактора в конденсатор, охлаждаемый водой из системы водоснабжения, конденсат сбрасывают, после этого предварительно осушенный водород подвергают окончательной осушке в регенерируемых силикагелевых патронах, затем водород через микропористый фильтр раздают потребителям в интерметаллидных компрематорах, которые при десорбции водорода обеспечивают его чистоту до 99,99 об.% [патент РФ № 2191742, МПК С01В 3/00, С01В 3/10 опубл. 27.10.2002 г. БИ № 30 «Способ получения водорода», авторы Адамович Б.А. и др.].

Недостатком способа является низкая производительность и большие энергозатраты.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение производительности, снижение энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что в способе получения водорода в реактор между электродами периодически подают воду и алюминиевый порошок, образуя алюмоводную суспензию, и обеспечивают контакт алюмоводной суспензии с электродами, затем периодически подают на электроды переменный ток высокой частоты напряжением 3 кВ, ток проходит по слою металлического порошка, образуя в точках неполного касания искровой высокочастотный разряд, диспергируют порошок, образуя наночастицы алюминия, которые, взаимодействуя с водой, образуют окислы алюминия и газообразный водород.

Реакцию взаимодействия алюминиевого нанопорошка с водой производят на поверхности алюминиевого нанопорошка при температуре 600-700°С. Подача на алюмоводную суспензию переменного тока высокой частоты напряжением 3 кВ обеспечивает прохождение тока по слою металлического порошка и образует в точках неполного касания искровой высокочастотный разряд, который диспергирует алюминиевый порошок до наноразмерного состояния 70-120 нм и нагревает его до температуры плавления. Высокотемпературные наночастицы алюминиевого порошка позволяют быстро провести реакцию окисления алюминия в суспензии.

На чертеже представлена схема получения водорода.

Реактор 1 состоит из рубашки охлаждения 2, двух железных электродов 3 и 4, диспергируемого алюминиевого порошка 5, магистрали выхода водорода 6, магистрали подачи алюминиевого порошка 7, магистрали выхода продуктов реакции 8, высоковольтного источника питания 9.

В нижнюю часть реактора 1 подают воду и через магистраль подачи алюминиевого порошка 7 подают алюминиевый порошок, например марки АСД-6. Таким образом, в реакторе образуют алюмоводную суспензию. При этом происходит механический контакт алюмоводной суспензии с электродами 3 и 4.

От высоковольтного источника питания 9 подают на электроды переменный ток высокой частоты напряжением 3 кВ. Ток проходит по слою металлического порошка, образуя в точках неполного касания искровой высокочастотный разряд. При этом происходит диспергирование алюминиевого порошка с образованием наночастиц алюминия размером 70-120 нм, которые взаимодействуя с водой образуют оксиды алюминия и газообразный водород.

При этом реакция окисления алюминиевых наночастиц идет по двум уравнениям:

2Аl+2Н₂O=2АlOOН+Н₂

2Аl+6Н₂O=2Аl(ОН)₃+3Н ₂

Окислы алюминия выводят из реактора по магистрали выхода продуктов реакции 8, а влажный водород выводят из реактора по магистрали выхода водорода 6.

Предлагаемый способ позволяет увеличить выход водорода, повысить производительность получения водорода в несколько порядков и снизить энергозатраты на его получение в 3 раза.